空化声震及温度效应促进煤层瓦斯解吸的实验研究
随着煤矿开采深度不断增加，含瓦斯煤层微孔隙、低渗透性、高吸附的赋存特征越来越明显。煤层瓦斯的高吸附性使得在煤矿生产过程中事故频发、瓦斯资源得不到有效的利用。根据高压脉冲水射流在煤体中钻孔割缝促进瓦斯抽采的技术成果，结合空化过程中产生的空化声震及温度效应，提出了利用空化声震及温度效应强化煤层瓦斯解吸的新思路。 本文依托国家自然科学基金创新群体基金项目“高压水射流破岩理论及其在地下工程中的应用基础研究（50621403）”，通过对空化声震及温度效应促进煤层瓦斯解吸的理论进行分析，得到空化声震及温度效应促进煤层瓦斯解吸的作用机理；通过对相关实验参数的确定，设计并加工了空化声震强化瓦斯解吸试验台；通过实验研究，得到在空化声震及温度效应作用下瓦斯解吸量与时间、泵压围压与瓦斯解吸的规律。本文主要研究内容和成果如下： ①通过对空化声震及温度效应促进瓦斯解吸的理论进行分析，得出：空化声震产生的脉冲振动即相当于不同的应力场作用于煤体，煤体所受应力改变使得煤体内瓦斯压力发生改变，瓦斯压力的改变使得瓦斯容易从煤体中解吸出来；空化过程中产生的温度效应使得瓦斯分子获得脱附所需要的能量，空化过程中产生的温度越高，获得的能量越多，瓦斯从煤体中脱附解吸出来就更容易； ②分析了空化噪声在煤体中的能量传播过程，得到空化噪声在煤体中传播的能量方程；考虑煤体对声能量的吸收以及煤体的热传导系数，得出声波在煤体中传播时，煤体温度变化方程； ③设计出用于空化声震及温度效应促进瓦斯解吸的试验台；通过泵压与空化云长度的关系，设计出空化腔的高度；采用最大主应力理论建立强度条件，设计出空化腔的壁厚； ④空化声震及温度效应作用下煤体瓦斯解吸实验结果表明：空化声震及温度效应能够促进煤体瓦斯的解吸；不同空化数条件下瓦斯解吸量和解吸时间不同，存在最佳的空化数使得瓦斯解吸量达到最大，解吸时间最短；当空化数0.0200时，解吸量增加了39.6％，解吸时间缩短了16.7%；泵压与瓦斯解吸量之间满足二次关系曲线，存在最佳泵压使得瓦斯解吸量达到最大，解吸时间最短；随着围压的增加，泵压对瓦斯解吸的影响有所减弱；围压与瓦斯解吸量呈线性关系，随围压的增大，瓦斯解吸量减少；随着温度的增加，瓦斯解吸量也增加，空化过程中的温度效应能够促进瓦斯解吸；空化声震与温度效应双重作用下瓦斯解吸量比单一因素作用下要多。
煤矿开采;空化声震;温度效应;煤层瓦斯解吸
重庆大学
硕士
采矿工程
李晓红
2010
中文
TD712.6
54
2013-04-24（万方平台首次上网日期，不代表论文的发表时间）